Исследование трехфазных электрических цепей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Курсовая работа

по дисциплине «Электротехника»

на тему

«Исследование трехфазных электрических цепей»

Выполнил: Кулешов С.И.

гр. ЭТМО-37

Руководитель: Ратуш Г.К.

ЗЕЛЕНОГРАД 2002

Содержание

Задание по курсовой работе

Контрольные вопросы

Ответы на контрольные вопросы

Расчетная часть

Список использованной литературы

Задание по курсовой работе

По заданной информации о нагрузке в отдельном помещении рассчитать:

1. Максимальные токи линейных подводящих проводов при трехфазном четырех проводном электроснабжении.

2. Выбрать сечение проводов по допустимой плотности тока.

3. Установку максимальной защиты (по нормативам).

4. Определить резервы по дополнительному включению нагрузки при компенсации реактивной мощности с помощью включения конденсаторов.

5. Проверить рассчитанные параметры в системе Electronic Workbench.

6. Ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Чем была вызвана необходимость разработки трехфазных цепей, и почему они получили широкое практическое применение?

2. Написать выражения для мгновенной, активной, реактивной и полной мощности трехфазных приемников (симметричных и несимметричных).

3. В чем преимущества четырех проводной трехфазной цепи?

4. В каких случаях применяют трехпроводные цепи?

5. В чем преимущества приемников, соединенных треугольником?

6. Как изменится активная мощность симметричного трехфазного приемника при переключении его фаз с треугольника на звезду?

7. Каковы способы повышения мощности симметричных трехфазных приемников?

8. Какие меры безопасности исключают поражение человека электрическим током при эксплуатации трехфазных цепей?

9. Выбор сечений проводников воздушных и кабельных линий:

­ экономическая плотность тока;

­ допустимые потери напряжения;

­ максимальная плотность тока;

10. Защита сетей, напряжением до

­ аппараты защиты (плавкий предохранитель, автоматический выключатель);

­ защита от токов КЗ;

­ защита от перегрузки;

­ выбор уставки защиты.

Ответы на контрольные вопросы

1. Разработка трехфазных цепей была вызвана необходимостью решить 2 задачи: экономичность передачи и распределения энергии и создание надежного электродвигателя. Предпосылкой разработки многофазных систем было открытие явления вращающегося магнитного поля.

Преимущества: экономичность; простота получения кругового вращающегося магнитного поля; получение 2 различных эксплуатационных напряжений: фазного и линейного.

2. Известно, что мгновенное значение мощности в цепях переменного тока

p = dW/dt = ui

Если энергию, генерируемую каждой из фаз трехфазного генератора обозначить соответственно WA, WB и WC , то мгновенное значение источника

p = d(WA+WB +WC )/dt = uАiА+ uВiВ+ uСiС = pA + pB + pC

Тогда среднее за период значение мощности (активной) генератора будет равна сумме активных мощностей отдельных фаз

P = 1/T?pdt = PA+PB+PC =UAIAcos?a + UBIBcos?b + UCICcos?c

Под активной мощностью трехфазной системы понимают сумму активных мощностей фаз нагрузки плюс активная мощность в сопротивлении, включенном в нулевой провод:

P=PA+PB+PC+P0

Реактивная мощность - это сумма реактивных мощностей фаз нагрузки плюс реактивная мощность в сопротивлении, включенном в нулевой провод:

Q=QA+QB+QC+Q0

Полная мощность

S= v P2+Q2

Если нагрузка равномерная, то

P0 =Q0=0

PA=PB=PC=UФIФcos?Ф

QA=QB=QC=UФIФsin?Ф

Где ?Ф - угол между напряжением UФ на фазе нагрузки и током IФ фазы нагрузки.

При равномерной нагрузке фаз:

P=3PФ=3UФIФcos?Ф

Q=3UФIФsin?Ф

S=3UФIФ

При равномерной нагрузке независимо от способа ее соединения в звезду или в треугольник

3UФIФcos?Ф=v 3v 3UФIФcos?Ф=v 3UЛIЛcos?Ф

3. В четырех проводной цепи благодаря нейтральному проводу обеспечивается симметрия фазных напряжений приемника при несимметричной нагрузке. Потому в четырех проводную сеть включают однофазные приемники (например, лампы накаливания), и режим работы каждого такого приемника, находящегося под неизменным фазным напряжением источника питания, не будет зависеть от режима работы приемников, включенных в другие фазы.

4. В четырех проводной цепи при соединении фаз звездой при наличии симметричной нагрузки ток в нейтральном проводе отсутствует и необходимость в этом проводе отпадает. Также широкое применение получили трех проводные трехфазные цепи с соединением приемников треугольником при симметричной нагрузке. (При несимметричной нагрузке фазные токи определяются по тем же формулам)

При этом выполняется

UФ=UЛ

I=Uab/Zab I=Ubc/Zbc I=Uca/Zca

Линейные токи определяются по фазным токам из уравнений, составленных согласно первому закону Кирхгофа для узлов a, b, c.

IФ=IЛ/v 3

Iф=Uф/Zф

5. Преимуществом соединения треугольником является взаимная независимость фазных токов при отсутствии четвертого провода. Если при таком соединении один из предохранителей перегорит, то фазы других

Примером нагрузки, соединенной по схеме треугольника является осветительная нагрузка.

6. При анализе трехфазных цепей удобно пользоваться линейными значениями напряжений и токов. Так как при соединении звездой

UФ = UЛ/v 3 и IФ=IЛ ,

а при соединении треугольником

UФ = UЛ и IФ=IЛ/v 3,

То независимо от схемы соединения фаз приемника активная мощность при симметричной нагрузке определяется одной и той же формулой

P =v 3UЛIЛcos?Ф

Так как при соединении звездой UФ=UЛ/v3,то линейный ток при этом соединении IЛ=UЛ/v 3z.

При соединении треугольником на основании закона Ома IФ=UЛ/zФ, но линейный ток треугольника IЛ=v3IФ, следовательно, IЛ=v3UЛ/zФ

В результате уменьшения линейного тока при переключении с треугольника на звезду эта мощность уменьшается в 3 раза.

7. Коэффициент мощности трехфазных приемников

? = P/S = P/v P2+(QL - QC)2

Qc - реактивная мощность компенсирующих устройств

Значительные потоки реактивной энергии в линиях передач и трансформаторах нецелесообразны из-за возникновения дополнительных потерь энергии. Поэтому стремятся приближать источники реактивной энергии к местам ее потребления.

Улучшение коэффициента мощности осуществляется за счет упорядочения энергетического режима оборудования, рационализации использования установленных мощностей асинхронных двигателей и трансформаторов, замены малонагруженных двигателей двигателями меньшей мощности, ограничения режимов холостого хода трансформаторов и двигателей.

8. Для исключения возможности поражения человека электрическим током осуществляют надежную изоляцию токоведущих частей электрических установок, применяют защитные устройства, предотвращающие опасность поражения током при повреждении изоляции или прикосновении к металлическим частям, которые в нормальных условиях не находятся под напряжением. Для этих целей применяют заземление (цель которого - снизить до безопасного значения напряжение прикосновения) и зануление (обеспечивает отключение от источника питания электротехнических устройств при повреждении их изоляции).

трехфазный цепь ток провод

9. Рекомендуемые значения экономической плотности тока определяют по таблицам в справочных материалах. Проверке по этим данным подлежат все загруженные сети, для которых расчетный ток, ожидаемый в ближайшие годы эксплуатации, достоверно определен. За расчетный ток для выбора экономического сечения проводов воздушных линий 6 кВ и выше рекомендуется принимать ожидаемый расчетный ток нормального режима работы линий в пятом году эксплуатации с поправочным коэффициентом, учитывающим изменение тока в перспективе.

Потерей напряжения в трехфазной линии считается алгебраическая разность между линейными напряжениями U1л и U2л в начале и конце линии.

Выразим линейные напряжения в начале и в конце линии через соответствующие фазные

U1л=v 3U1ф U2л=v 3U2ф

Потеря напряжения

?U=v 3(U1ф- U2ф)

То потеря напряжения в трехфазной линии вv 3 раз больше алгебраической разности фазных напряжений в начале и конце линии.

?U=v3Il(r0cos?±x0sin?)

r0 - активное

x0 - индивидуальное сопротивления единицы длины.

для внутренних проводок и кабелей величиной можно пренебречь ввиду ее малого значения.

При расчете сечения нейтрали нужно учитывать, что она рассчитывается только на разность токов нагрузки, то ее сечение S0 можно существенно уменьшить по сравнению с сечением S линейных проводов. Обычно S0=S/2. Следовательно, расход меди при трех проводной системе передачи уменьшается по сравнению с двухпроводной передачей в 1.6 раза.

10. В энергетических системах сила токов коротких замыканий достигает сотен тысяч ампер и отключение таких токов связано с немалыми трудностями. Простейшим способом отключения токов короткого замыкания является использование их теплового действия в аппаратах защиты. Аппаратом защиты называется аппарат, автоматически отключающий защищаемую электрическую цепь при ненормальных режимах. Аппараты защиты по своей отключающей способности должны соответствовать максимальному значению тока КЗ в начале защищаемого участка электрической сети.

Для сетей напряжением до 1000В предусматриваются в основном два типа трехфазных цепей: трех проводная с изолированной нейтралью (снижает до безопасного значения напряжение прикосновения) и четырех проводная с заземленной нейтралью (обеспечивает отключение от источника питания электротехнических устройств, при повреждении их изоляции).

При защите сетей с глухозаземленной нейтралью автоматическими выключателями расцепители их должны устанавливаться во всех нормально незаземленных проводниках. При защите сетей с изолированной нейтралью в трех проводных сетях трехфазного тока и двухпроводных сетях однофазного или постоянного тока допускается устанавливать расцепители автоматических выключателей в двух фазах при трехпроводных сетях и в одной фазе (полюсе) при двухпроводных. Расцепители в нулевых проводниках допускается устанавливать лишь при условии, что при их срабатывании отключаются от сети одновременно все проводники, находящиеся под напряжением.

Расчетная часть

1. Нагрузка: трехфазный двигатель асинхронный

U=380 B

P=4.5 кВт

КПД=0.83

Cos?=0.85

1 шт

Соединение: треугольник

IФ=PФ/UФ*Cos?* ?= P/3*UФ*Cos?* ?=4.5*103/3*380*0.85*0.83 =5.6A

IЛ=IФ/v3=3.2A

ZAB=UAB/IAB= UAB/IЛ=380/3.2=118.8 Ом

R= ZAB* Cos?=118.8*0.85=101Oм

X= ZAB* Sin?=101*v(1-0.852)=53.1 Ом

X=?*L=2*П*f*L=314L

L=X/314=0.17Гн

Провод - ВВГ 3X1.0

Автомат - АП50Б-3МТ 4.0А

2. Технологические установки

U=380 B

S=25 ква

Cos?=0.8

1шт

Соединение: звезда

UФ=220В

PФ=S* Cos?/3=25*103*0.8 /3=6.7*103Вт

IЛ=IФ= PФ/UФ* Cos?=6700/220*0.9=33.8 A

ZФ= UФ/ IФ=220/33.8=6.5 Ом

R= ZФ* Cos?=6.5*0.8 =5.2Ом

X= ZФ* Sin?=6.5*v(1-0.8 2)= 3.9Ом

X=?*L=2*П*f*L=314L

L=X/314=0.01 Гн

Кабель - ВВГ 3X6.0

Автомат - АП50Б-3МТ 40A

3. Приборы и компьютеры

U=220 B

S=300 Вт

Cos?=0.9

9шт

P=S* Cos?=300*0.9=270 Вт

I=P/U* Cos?=270/220*0.9=1.36 А

R=U/I=220/1.36=194.6 Ом

X=R* Sin? =194.6v(1-0.92 )=161.7 Ом

X=?*L=2**f*L=314L

L=X/314=161.7/314=0.5 Гн

Провод - ВВГ 3X1.0

Автомат - ВА16-26/6.3A

4. Освещение

U=220 B

P=220 Вт

6 шт

Pобщ=P*n=220*6=1320 Вт

I= Pобщ /3U= 1320/3*220=2A

R=U/I=220/2=110 Ом

Провод - ВВТ 3X1.0

Автомат - ВА16-26/6.3A

I?=?IЛ=3.2+33.8+1.36+2=40.36A

Сечение -6мм2

Список использованной литературы

1. Касаткин А.С. Электротехника. - М.: Энергия, 1973.

2. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. - М.: Высшая школа, 1973.

3. Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования. - М, 1991.

Размещено на Allbest.ru